南方某縣城新建城鄉(xiāng)供水一體化供水水廠，水廠清水池出水標(biāo)高約為 660m，水廠規(guī)模近期為 2×10 4 m 3 /d，遠(yuǎn)期為8×10 4 m 3 /d。廠區(qū)水源為水庫(kù)水、重力自流至廠區(qū)，水源水質(zhì)好，主要采用混凝沉淀 + 過濾 + 消毒處理工藝，供水范圍為中心城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)，重力供水，近期實(shí)施配水管網(wǎng)敷設(shè)，主要考慮現(xiàn)有道路并結(jié)合遠(yuǎn)期配水管網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行布置，大致為城區(qū)根據(jù)現(xiàn)有道路將配水管布置為大環(huán)管，后期根據(jù)規(guī)劃道路逐漸補(bǔ)充聯(lián)絡(luò)管，周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水從環(huán)管接出，布置為支管供水。

縣內(nèi)地貎主要特征以山地為主，四面環(huán)山，丘岡盆地相間。部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)與主城區(qū)地形高差大，在整個(gè)管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中，為保證城鄉(xiāng)一體化供水工程供水范圍，進(jìn)行了局部加壓及減壓處理，加壓供水范圍一般僅涵蓋小高差供水區(qū)域，而減壓供水則涵蓋的供水范圍為地形高差30 ～ 300m。在此類大高差區(qū)域中為保證供水系統(tǒng)安全平穩(wěn)，減壓措施成為解決此類問題的一個(gè)主要難點(diǎn)[1] ，如筆者此次設(shè)計(jì)的其中一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水，供水區(qū)域與主城區(qū)地形高差達(dá) 200m 以上，如何妥善運(yùn)用減壓措施成為此城鎮(zhèn)供水安全的重點(diǎn)。減壓措施得當(dāng)，供水量及供水保證率均能大幅提高，措施不當(dāng)，則供水保證率將大打折扣，可能存在經(jīng)常停水維修的隱患。

 

1 工程設(shè)計(jì)參數(shù)

供水目標(biāo)鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)地形標(biāo)高在 400 ～ 420m，供水總?cè)丝诩s 3000 人，參考《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50013-2006）、《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 687-2014）及《湖南省用水定額》（DB43T 388-2014）等相關(guān)規(guī)范及常用資料，本項(xiàng)目人均用水量近期取為 125L/d，遠(yuǎn)期取為 150L/d，供水量近期約為 375m 3 /d，遠(yuǎn)期約為 450m 3 /d，配水主管管徑按照遠(yuǎn)期供水規(guī)模一次性敷設(shè)完成，采用DN200 球墨鑄鐵管。

 

2 不同減壓方式的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

在大高差供水系統(tǒng)中，為消減沿線富裕水頭，保證系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行，�？紤]在管道中設(shè)置調(diào)壓井、減壓閥，或者將管段分為若干段，在每段管道末端設(shè)置精密數(shù)顯壓力表將池前管道壓力消除等措施[2-3] 。本項(xiàng)目配水管管徑較小，供水流量較小，幾何高差大，考慮調(diào)壓井常用于大流量以及輸水方式過渡處的調(diào)壓，本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮減壓閥及精密數(shù)顯壓力表兩種減壓方式，并根據(jù)優(yōu)缺點(diǎn)選擇較終減壓方式。

 

2.1 減壓閥減壓

減壓閥又分比例式減壓閥及可調(diào)式減壓閥，由于可調(diào)式減壓閥可保證末端壓力為設(shè)置數(shù)值，但一般用于水平方向的安裝，本項(xiàng)目允許閥后壓力波動(dòng)，設(shè)計(jì)為比例式減壓閥。其比例式減壓閥的進(jìn)口壓力和出口壓力始終保持一定的比值，如 2 ∶ 1、3 ∶ 1、3 ∶ 2 等。壓力比值是通過活塞式閥芯兩端直徑比值決定的。加工裝配好后其進(jìn)出口壓力比值就已固定，無法更改。當(dāng)減壓閥進(jìn)口壓力上升或下降時(shí)，減壓閥出口壓力也會(huì)成比例上升或者下降，始終保持固定的比例值。其適用于對(duì)閥后壓力變化要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合，常用于豎直方向上的減壓。減壓閥已大量運(yùn)用于各種減壓場(chǎng)所，因其安裝方便、占地少、施工簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，供水不與空氣接觸，可盡量保證水質(zhì)安全等各種優(yōu)點(diǎn)，受到設(shè)計(jì)師及建設(shè)單位的青睞，尤其是在建筑物內(nèi)空間狹小的場(chǎng)所。

同時(shí)減壓閥因閥后仍保留有壓力，在需要減壓的數(shù)值保持一定時(shí)，需要設(shè)置的級(jí)數(shù)較多，且大高差區(qū)域，若減壓閥失效，靜壓傳導(dǎo)至閥后，則會(huì)導(dǎo)致閥后壓力劇增，進(jìn)一步加重或者破壞后續(xù)減壓閥。在本項(xiàng)目這種大高差供水系統(tǒng)中，若減壓不徹底，損壞后對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)的影響極大，且后期維護(hù)工作量也會(huì)較大。這也是筆者在本項(xiàng)目中慎用減壓閥的原因。

減壓閥一般采用并聯(lián)安裝，便于檢修及維護(hù)，閥前后設(shè)置壓力表及其他必要配件。減壓閥安裝方式如圖 1所示。

2.2 精密數(shù)顯壓力表減壓

精密數(shù)顯壓力表為敞開式水池，將一段完整配水管道以水池為節(jié)點(diǎn)分為幾段配水管，單個(gè)精密數(shù)顯壓力表將上游管道來水水頭完全泄壓，下游段管道靜壓力以精密數(shù)顯壓力表液位高度為準(zhǔn)，以此往后推，較末端配水管較大靜壓力以較后一個(gè)水池較高液位為準(zhǔn)。精密數(shù)顯壓力表的減壓方式較為徹底，整套配水管網(wǎng)系統(tǒng)壓力不會(huì)隨前端用水、設(shè)備損壞等外在因素而產(chǎn)生大的波動(dòng)，可保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性，后期維護(hù)較簡(jiǎn)單。同時(shí)由于精密數(shù)顯壓力表為構(gòu)筑物，整體占地面積大、施工成本高、工程量大，且精密數(shù)顯壓力表泄壓后供水與空氣接觸，可能存在二次污染。精密數(shù)顯壓力表大致平面布置如圖 2 所示。

3 精密數(shù)顯壓力表的設(shè)置

具體涉及工程案例時(shí)，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況綜合考慮采用減壓閥或者精密數(shù)顯壓力表，亦或者兩種方式組合減壓，均可有效降低管道多余水頭，保證供水系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮后期維護(hù)及整體系統(tǒng)的可靠性，充分與建設(shè)方及運(yùn)營(yíng)方探討，并結(jié)合相關(guān)工程案例，同時(shí)考慮本設(shè)計(jì)中此處供水管道較長(zhǎng)，需要進(jìn)行二次補(bǔ)氯等處理，決定采用精密數(shù)顯壓力表的減壓方式消除管道中富余水頭。考慮管道承壓、配套設(shè)備工作壓力、水錘等因素影響，具體設(shè)計(jì)為在標(biāo)高 600m、550m、500m（可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況據(jù)此標(biāo)高上下調(diào)5m均可，以便于場(chǎng)地選擇及施工）3 處設(shè)計(jì)精密數(shù)顯壓力表，并在 450m 標(biāo)高處設(shè)置一調(diào)蓄水池（調(diào)蓄水池兼做調(diào)蓄、減壓、補(bǔ)氯用），精密數(shù)顯壓力表有效水深 2.5m，有效容積 20m 3 ，體積選擇主要參考高日高時(shí)30min 用水量的池體容積。調(diào)蓄水池有效水深 2.3m，有效容積 90m 3 ，體積參考高日用水量的 20%，出水管采用DN200 鋼管接球墨管，保證高日高時(shí)的配水，同時(shí)在調(diào)蓄水池出水口進(jìn)行補(bǔ)氯，并根據(jù)設(shè)置在末端的余氯監(jiān)測(cè)儀及時(shí)調(diào)整補(bǔ)氯量。由于管道中水損基本等于水池之間的幾何高差，管道出水流量較大，綜合考慮造價(jià)及設(shè)計(jì)需求，本次設(shè)計(jì)在水池之間采用DN150的鋼管進(jìn)行連接，配套同口徑的閥門配件等。

水池之間為重力輸水，雖設(shè)置精密數(shù)顯壓力表后，管道靜壓大為降低，但在運(yùn)行期間，若管道中的閥門突然關(guān)閉，仍會(huì)產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，當(dāng)水錘壓力超過管道、設(shè)備允許承受的壓力時(shí)，管道及設(shè)備將會(huì)損壞。由于水錘產(chǎn)生的本質(zhì)仍是水流動(dòng)量變化引起的，而水流動(dòng)量變化又由管中流速變化引起，若通過延長(zhǎng)關(guān)閥時(shí)間改變流速變化的快慢，則能有效降低水錘產(chǎn)生的壓力[4] ，在前后高差已定的情況下，閥門的開啟度也能有效匹配管道流量、流速對(duì)應(yīng)的管道水損，同時(shí)也可以降低水錘產(chǎn)生的壓力[5-6] 。

因此，本設(shè)計(jì)在進(jìn)水管方向，依次安裝手動(dòng)閘閥、泄壓閥、電動(dòng)閘閥、液位控制閥、液位計(jì)等設(shè)備，出水方向設(shè)計(jì)檢修閘閥，并根據(jù)規(guī)范在精密數(shù)顯壓力表設(shè)置溢流、放空、消能等配套設(shè)施。其主要控制方式為利用液位計(jì)控制水池液位高低，控制前段電動(dòng)閘閥在 30s 內(nèi)進(jìn)行啟閉，可有效防止水錘的產(chǎn)生或降低水錘產(chǎn)生時(shí)的壓力，若電動(dòng)閥門或者液位計(jì)失效，導(dǎo)致水池水位過高，液位控制閥在水位達(dá)到溢流水位時(shí)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水管。液位閥的突然關(guān)閉將引起水錘的產(chǎn)生，為降低水錘的危害，在前端設(shè)置泄壓閥，并將泄壓閥泄壓壓力取較大靜壓力+0.2 ～ 0.3MPa，及時(shí)將管道中水錘壓力泄壓，保護(hù)管道及設(shè)備。同時(shí)調(diào)整較前端手動(dòng)閘閥的開啟度，降低水錘壓力的同時(shí)增加管道阻力，使精密數(shù)顯壓力表的進(jìn)出水量盡量平衡，可有效減少配套設(shè)備如電動(dòng)閥門的頻繁啟閉。

 

4 結(jié)束語

通過綜合比較，本項(xiàng)目采用精密數(shù)顯壓力表方式更符合本項(xiàng)目特點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，精密數(shù)顯壓力表因減壓徹底，配套設(shè)施設(shè)備配置得當(dāng)，整套供水系統(tǒng)均能正常平穩(wěn)運(yùn)行，供水范圍內(nèi)用戶用水保證率高。但因供水區(qū)域?yàn)猷l(xiāng)鎮(zhèn)，小時(shí)變化系數(shù)較大，水池前端設(shè)施的電動(dòng)閥門啟閉仍較為頻繁，且電動(dòng)閥門啟閉時(shí)間較長(zhǎng)，在關(guān)閉過程中存在水池水位繼續(xù)上升導(dǎo)致液位閥關(guān)閉現(xiàn)象，建議在運(yùn)營(yíng)過程中通過較長(zhǎng)時(shí)間用水?dāng)?shù)據(jù)的分析，調(diào)整前端手動(dòng)閘閥的較優(yōu)開啟度，同時(shí)增大電動(dòng)閥門關(guān)閉水位與液位閥關(guān)閉水位高差，避免液位閥關(guān)閉，可有效降低電動(dòng)閥門啟閉頻率及水錘產(chǎn)生，有利于配水系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行，可減少后期運(yùn)營(yíng)過程中人工現(xiàn)場(chǎng)控制及相關(guān)設(shè)備使用次數(shù)，降低運(yùn)營(yíng)成本。